CN205786103U - 一种施力效果检测装置以及应变检测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种施力效果检测装置以及应变检测系统，施力效果检测装置包括：固定部、活动部和激光测距仪；所述固定部上具有第一安装槽，所述活动部上具有第二安装槽；在所述施力效果检测装置的未施力状态下，所述固定部上的第一安装槽的中心和所述活动部上的第二安装槽的中心共轴线；在所述施力效果检测装置的施力状态下，所述活动部沿垂直于所述轴线的方向移动预设距离，带动所述活动部上的第二安装槽的中心偏离所述轴线预设距离；所述激光测距仪输出的激光的传播方向与所述轴线相交，所述激光测距仪用于测量激光输出位置与激光反射位置之间的距离。与传统检测方案相比，本技术方案有检测准确、适应于大批量检测、检测效率高等优点。

Description

一种施力效果检测装置以及应变检测系统

技术领域

本发明涉及机械检测技术领域，具体涉及一种施力效果检测装置以及应变检测系统。

背景技术

在机械零件检测与检定领域，检验人员经常需要对待测工件(例如小钢管)施加剪向力，并在施力前后检测待测工件的特定位置发生的应变。通过观察应变随剪向力的变化而发生的变化，来检验待测工件对剪向力的耐受能力。传统的应变检测方式是使用基于“应变片”的检测系统进行检测。应变片指的是一种电阻可随自身形状变化而发生改变的电学元器件，操作人员在施加剪向力之前，先在待测工件对应位置上使用粘合剂手动粘贴应变片，并将应变片与配套的数据采集装置连接在一起，在待测工件发生因剪向力产生的形变时，应变片也跟随试验件一起产生相应的形变，从而使自身的电阻值也发生改变，这个电阻值的改变可以被数据采集装置检测并记录下来。操作人员根据应变片电阻值随剪向力的变化，就可以知道待测工件在特定剪向力下发生的应变，从而可以评估该试验件应对剪向力的能力。

但是，这种基于应变片的检测方法，有以下缺陷：第一，操作人员使用粘合剂将应变片与待测工件粘贴在一起，但由于粘合剂的存在，此方法并不能保证应变片与待测工件将发生严格一致的形变。当试验精度要求较高时，粘合剂引入的应变片与待测工件之间的形变差异，将为试验结果引入不可忽略的误差。第二，由于应变片的安装方法是纯手工粘贴，所以就要求操作人员比较精细的操作手法与经验，同时由于操作人员无法保证同一批次的待测工件的应变片粘贴位置都严格相同，所以每次应力耐受测试的试验结果，都会由于操作人员人工操作的微小差别，而产生误差。第三，由于需要为每个待测工件粘贴应变片，所以在批量测试任务中，这种测试方法的工作量极大，在有测试时限要求的场合中，一方面不得不通过使用大量操作人员同时检测的方法才能按期完成工作任务，从而使检测成本高昂，另一方面也会因为可能存在经验不丰富的操作人员，而为检测中的手工粘贴环节增加操作误差。最后，考虑到某些待测工件由于材料的限制，无法使用普通粘合剂，需要通过焊接的方法才能和应变片连接在一起，而由于焊接需要对待测工件表面进行破坏而且很难复原，故基于应变片的测试方法，很有可能是一种破坏性的检测方法。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的施力效果检测装置以及应变检测系统。

依据本发明的一个方面，提供了一种施力效果检测装置，该装置包括：固定部、活动部和激光测距仪；

所述固定部上具有第一安装槽，所述活动部上具有第二安装槽；

在所述施力效果检测装置的未施力状态下，所述固定部上的第一安装槽的中心和所述活动部上的第二安装槽的中心共轴线；在所述施力效果检测装置的施力状态下，所述活动部沿垂直于所述轴线的方向移动预设距离，带动所述活动部上的第二安装槽的中心偏离所述轴线预设距离；

所述激光测距仪中的激光器发出的激光照射在所述轴线上，所述激光测距仪用于测量激光发出位置与激光反射位置之间的距离。

可选地，所述激光测距仪还包括图像传感器和图像信号处理器；

所述图像传感器用于接收所述激光器发出的激光的反射光，输出相应的图像信号；

所述图像信号处理器用于对所述图像传感器输出的图像信号进行处理，获得激光发出位置与激光反射位置之间的距离。

可选地，所述激光器发出的激光的传播方向与所述轴线垂直。

依据本发明的另一个方面，提供了一种应变检测系统，该系统包括：如上任一项所述的施力效果检测装置，以及，数据处理装置；

在所述施力效果检测装置的施力状态下，所述活动部进一步以预设角速度绕所述轴线旋转，带动所述活动部上的第二安装槽的中心以预设角速度绕所述轴线旋转；

所述激光测距仪按照预设频率测量激光发出位置与激光反射位置之间的距离值；

所述数据处理装置用于根据所述激光测距仪在预设时间内测量的距离值，建立距离值与时间的对应关系，根据所述距离值与时间的对应关系计算应变值。

可选地，所述数据处理装置用于将预设时间内的最大距离值和最小距离值之间的差值的一半作为应变值。

由上述可知，本发明提供的技术方案通过控制活动部相对于固定部的移动，对待测工件的另一端施以剪向力，利用激光测距仪对剪向力对待测工件所产生的施力效果进行量化测量；进一步地，通过控制活动部相对于固定部的转动，使得激光测距仪能够从各个角度对待测工件上的同一位置的形变距离进行测量，再通过数据处理装置的分析处理得到待测工件的应变。与传统的基于应变片的传统待测工件剪向力耐受测试方案相比，本技术方案有以下优点：第一，由于激光测距仪直接照射在待测工件表面，当待测工件受剪向力发生形变时，激光测距仪能够完全捕捉到试验件的形变，检测过程中不经过任何其它介质(比如用来粘贴应变片的胶水)，检测准确。第二，本技术方案为非接触式检测，免除了使用应变片的检测方法对操作人员粘贴应变片手法的要求，在大批量检测场合中，能够最大程度保证同批次检测的待测工件的应变测量位置相同。第三，由于本方案不向待测工件上粘贴任何传感器，不需要在传感器的安装上花费时间，所以能够极大地提高检测效率。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1A示出了根据本发明一个实施例的一种施力效果检测装置的示意图；

图1B示出了根据本发明另一个实施例的一种施力效果检测装置的示意图；

图2示出了根据本发明一个实施例的一种应变检测系统的示意图；

图3示出了根据本发明一个实施例的距离值与时间的对应关系的示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

图1A示出了根据本发明一个实施例的一种施力效果检测装置的示意图，具体地，本实施例示出了施力效果检测装置的未施力状态。如图1A所示，该施力效果检测装置包括：固定部100、活动部200和激光测距仪300。

所述固定部100上具有第一安装槽110，所述活动部200上具有第二安装槽210，待测工件400的一端固定于固定部100的第一安装槽110中，待测工件400的另一端固定于活动部200的第二安装槽210中；在本实施例的施力效果检测装置的未施力状态下，所述固定部100上的第一安装槽110的中心和所述活动部200上的第二安装槽210的中心共轴线，该轴线在图中以虚线示出。本实施例中，激光测距仪300输出的激光310的传播方向与图中虚线所示的轴线方向垂直，激光310照射在待测工件400上的位置A处，在位置A处发生反射，激光测距仪300根据接收到的反射光测量激光310的输出位置与位置A之间的距离x₁，即测量了待测工件400在未受力状态下的位置A与激光测距仪300的激光输出位置之间的距离。

图1B示出了根据本发明另一个实施例的一种施力效果检测装置的示意图，具体地，本实施例示出了施力效果检测装置的施力状态。如图1B所示，该施力效果检测装置包括：固定部100、活动部200和激光测距仪300。

所述固定部100上具有第一安装槽110，所述活动部200上具有第二安装槽210，待测工件400的一端固定于固定部100的第一安装槽110中，待测工件400的另一端固定于活动部200的第二安装槽210中；在本实施例的施力效果检测装置的施力状态下，所述活动部200沿垂直于图中虚线所示的轴线的方向移动预设距离，带动所述活动部200上的第二安装槽210的中心偏离所述轴线预设距离，进而带动待测工件400的另一端沿垂直于图中虚线所示的轴线的方向移动预设距离。本实施例中，激光测距仪300输出的激光310的传播方向与图中虚线所示的轴线方向垂直，激光310照射在待测工件400上的位置B处，在位置B处发生反射，激光测距仪300根据接收到的反射光测量激光310的输出位置与位置B之间的距离x₂，即测量了待测工件400在受力状态下的位置B与激光测距仪300的激光输出位置之间的距离。其中，位置B在轴线上的投影与上文所述的位置A重合，即激光测距仪300在图1A-图1B中位置不变，输出的激光310的传播方向也不变，仅仅是由于待测工件400在受力状态下发生应变而导致照射位置从位置A变为位置B。

根据图1A-1B所示的施力效果检测装置，从未施力状态到施力状态，活动部200相对于固定部100发生预设距离的移动，相当于对待测工件400施以一定大小的剪向力，使得待测工件400发生形变，进而导致激光测距仪300中的激光器发出的激光310在待测工件400上的照射位置从位置A变为位置B，通过在两种状态下测量激光输出点位置与激光反射位置之间的距离x₁和x₂，可以知道，在图1A-1B所示的未施力状态到施力状态待测工件400在垂直于轴线的方向上的形变可以通过距离差(x₁-x₂)来表征，进而检测出图1A-1B所示的施力效果可以通过距离差(x₁-x₂)来表征，其中，相应的施力大小通过活动部移动的预设距离来量化表征。

在本发明的一个实施例中，激光测距仪300包括：激光器、图像传感器和图像信号处理器；激光器用于输出激光310，图像传感器用于接收所述激光器输出的激光310的反射光，形成相应的图像信号；图像信号处理器用于对图像传感器形成的图像信号进行处理，获得激光输出位置与激光反射位置之间的距离。例如，激光测距仪300中的激光器是半导体激光器，输出620mm-680mm波长的红光激光，图像传感器是一个线性CCD阵列，图像信号处理器中存储了CCD阵列上的不同像素位置与距离测量值之间的对应关系；激光测距仪300中的激光器发出激光310，激光310照射在待测工件400的指定位置上发生反射，反射光进入到激光测距仪300中在线性CCD阵列上成像，图像信息处理器根据成像位置确定激光反射位置与激光输出位置之间的距离。

在本发明的其它实施例中，激光测距仪300中的激光器发出的激光310的传播方向也可以与所述轴线相交但不垂直，这种情况下，在测量出未施力状态和施力状态下的距离之后，需要根据激光310的传播方向和所述轴线之间的夹角计算待测工件400在垂直于轴线方向上的形变，同样可以表征预设距离的施力状态下的施力效果。

图2示出了根据本发明一个实施例的一种应变检测系统的示意图。如图2所示，该应变检测系统包括：固定部100、活动部200、激光测距仪300和数据处理装置500。

固定部100上具有第一安装槽110，活动部200上具有第二安装槽210，待测工件400的一端固定于固定部100的第一安装槽110中，待测工件400的另一端固定于活动部200的第二安装槽210中；本实施例中，在未施力状态下，所述固定部100上的第一安装槽110的中心和所述活动部200上的第二安装槽210的中心共轴线，该轴线在图中以虚线示出，此时待测工件400处于未受力状态；在施力状态下，所述活动部200沿垂直于图中虚线所示的轴线的方向移动预设距离L，在此基础上，所述活动部200进一步以预设角速度ω绕虚线所示的轴线旋转，带动所述活动部200上的第二安装槽210的中心偏离所述轴线预设距离L并以预设角速度ω绕所述轴线旋转，进而带动待测工件400的另一端偏离虚线所示的轴线距离L并以预设角速度ω绕所述轴线旋转，此时待测工件400处于受力状态，具体地，待测工件400所受到的垂直于虚线所示的轴线的方向上的剪向力由预设距离L来量化表征。

激光测距仪300输出的激光310的传播方向与虚线所示的轴线方向垂直，照射在待测工件400上，由于待测工件400在受力状态下发生了形变且随着活动部200进行周期性的运动，导致激光测距仪300输出的激光310照射在待测工件400上的位置周期性地发生变化，但照射位置在虚线所示的轴线上的投影是重合的；激光测距仪300按照预设频率f接收激光310的反射光并测量激光310的输出位置和反射位置之间的距离。

数据处理装置500与激光测距仪300连接，实时获取激光测距仪300测量得到的距离值，用于根据激光测距仪300在预设时间T内测量的距离值，建立距离值与时间的对应关系，根据所述距离值与时间的对应关系计算待测工件400的应变值。

图3示出了根据本发明一个实施例的距离值与时间的对应关系的示意图，具体为本方案中的数据处理装置500的一个展示距离值与时间的对应关系的界面示意图。如图3所示，在本实施例中，活动部200带动待测工件400的另一端相对于固定部100移动距离L并以角速度ω旋转，激光测距仪300每隔时间1/f测量一次激光输出位置与激光在待测工件400上的照射位置之间的距离，由于待测工件400的周期性旋转，使得激光测距仪300测量得到的距离值随时间发生如图3所示的周期性变化，其中，为保证测量精度，激光测距仪300的测量间隔远小于活动部200的旋转周期。具体地，当待测工件400旋转到最靠近激光测距仪300的位置时，激光测距仪300测量得到的距离值最小，该距离值应当是激光测距仪300的激光输出位置到虚线所示轴线的垂直距离与待测工件400在垂直于所述轴线的方向上的应变距离的差值；当待测工件400旋转到最远离激光测距仪300的位置时，激光测距仪300测量得到的距离值最大，该距离值应当是激光测距仪300的激光输出位置到虚线所示轴线的垂直距离与待测工件400在垂直于所述轴线的方向上的应变距离的和值；因此，数据处理装置500根据激光测距仪300测量得到的距离值和时间的对应关系，将最大距离值和最小距离值之间的差值的一半作为待测工件400的应变值，即计算出了：待测工件400的另一端在受到以预设距离L表征的剪向力时，垂直于虚线所示轴线的指定位置处发生的垂直于所述轴线的应变值。本例所示的曲线图中，纵坐标为距离值，其单位是(10nm)，横坐标是时间，距离值随时间做周期性变化，且本图中将未受力状态下测量得到的距离值作为0点，距离值的正负代表了不同的应变方向，可见，测量得到的最大值和最小值分别为512和-526，则应变为[512-(-526)]/2＝519，即待测工件400的应变为5.19um。

依据图2-图3所示的应变检测系统，可以检测在受到一定的剪向力时待测工件在指定位置处发生的应变，可以应用于对航空设备中的零件的应变检测试验中，为保证航空设备在飞行环境中的稳定性，每种零件的应变标准均有标准化的规定，例如，零件1是一个长度为15cm的管路，以零件1作为待测工件时，标准化的规定中明确了：在该零件1的轴线上的、与该零件1的一端距离5mm的位置处，在垂直于该零件1的轴线的方向上的应变的标准值为5um；则利用图2所示的应变检测系统，将零件1的一端固定在固定部100上的第一安装槽110中，将零件1的另一端固定在活动部200上的第二安装槽210中，激光测距仪300输出的激光垂直照射在零件1上且照射位置距离固定于固定部1的第一安装槽110中的一端为5mm，将活动部200沿垂直于轴线的方向移动一定距离，并以一定角速度绕轴线旋转若干圈，通过激光测距仪300按照一定频率对距离值的测量以及数据处理装置500对测量值的处理得到零件1的应变，当该应变大小等于5um时，确定相应的活动部200在垂直于轴线的方向上的移动距离为170um；则进一步在此标准下对零件1进行疲劳测试，维持该170um移动距离不变，带动活动部200绕轴线旋转10⁷圈，如果零件1在疲劳测试过程中发生断裂，说明该零件1的抗疲劳性差，不符合标准要求；如果零件1在疲劳测试结束后没有发生断裂等不良现象，说明该零件1的抗疲劳性好，符合标准要求。

综上所述，本发明提供的技术方案通过控制活动部相对于固定部的移动，对待测工件的另一端施以剪向力，利用激光测距仪对剪向力对待测工件所产生的施力效果进行量化测量；进一步地，通过控制活动部相对于固定部的转动，使得激光测距仪能够从各个角度对待测工件上的同一位置的形变距离进行测量，再通过数据处理装置的分析处理得到待测工件的应变。与传统的基于应变片的传统待测工件剪向力耐受测试方案相比，本技术方案有以下优点：第一，由于激光测距仪直接照射在待测工件表面，当待测工件受剪向力发生形变时，激光测距仪能够完全捕捉到试验件的形变，检测过程中不经过任何其它介质(比如用来粘贴应变片的胶水)，检测准确。第二，本技术方案为非接触式，免除了使用应变片的检测方法对操作人员粘贴应变片手法的要求，在大批量检测场合中，能够最大程度保证同批次检测的待测工件的应变测量位置相同。第三，由于本方案不向待测工件上粘贴任何传感器，不需要在传感器的安装上花费时间，所以能够极大地提高检测效率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种施力效果检测装置，其特征在于，该装置包括：固定部、活动部和激光测距仪；

所述固定部上具有第一安装槽，所述活动部上具有第二安装槽；

在所述施力效果检测装置的未施力状态下，所述固定部上的第一安装槽的中心和所述活动部上的第二安装槽的中心共轴线；在所述施力效果检测装置的施力状态下，所述活动部沿垂直于所述轴线的方向移动预设距离，带动所述活动部上的第二安装槽的中心偏离所述轴线预设距离；

所述激光测距仪输出的激光的传播方向与所述轴线相交，所述激光测距仪用于测量激光输出位置与激光反射位置之间的距离。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述激光测距仪包括：激光器、图像传感器和图像信号处理器；

激光器用于输出激光；

所述图像传感器用于接收所述激光器输出的激光的反射光，形成相应的图像信号；

所述图像信号处理器用于对所述图像传感器输出的图像信号进行处理，获得激光输出位置与激光反射位置之间的距离。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，

所述激光测距仪输出的激光的传播方向与所述轴线垂直。

4.一种应变检测系统，其特征在于，该系统包括：如权利要求1-3中任一项所述的施力效果检测装置，以及，数据处理装置；

在所述施力效果检测装置的施力状态下，所述活动部进一步以预设角速度绕所述轴线旋转，带动所述活动部上的第二安装槽以预设角速度绕所述轴线旋转；

所述激光测距仪按照预设频率测量激光输出位置与激光反射位置之间的距离值；

所述数据处理装置用于根据所述激光测距仪在预设时间内测量的距离值，建立距离值与时间的对应关系，根据所述距离值与时间的对应关系计算应变值。

5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，

所述数据处理装置用于将预设时间内激光测距仪测量得到的最大距离值和最小距离值之间的差值的一半作为应变值。